Die Guten ins Töpfchen

Auch die Bildverarbeitung wird von der Schnittstellenproblematik und -vielfalt nicht verschont. Mehr noch mischen sich sogar Consumer-Interfaces wie USB oder Firewire in den Chor mit ein. Zur Akzeptanz der Bildverarbeitungssysteme hat das alles nicht beigetragen. Darüber täuschen auch die anhaltend zweistelligen Zuwachsraten und das Kratzen der 1-Mrd-Euro-Grenze in diesem Jahr nicht hinweg.

Die Kehrseite der Medaille, wie die Analysten herausfanden, sind nämlich die großen brachliegenden Anwendungspotentiale. Schätzungen gehen von 80 % ungenutzter Chancen im IBV-Markt aus. Gerade einmal 15 % aller möglichen Anwendungen wurden bisher in die Praxis umgesetzt. Paradoxerweise bleibt die Zahl auch bei zweistelligen Umsatz-Zuwachsraten fast unverändert, weil jede neue Innovation praktisch auch neue Einsatzbereiche erschließt. Außerdem forciert der Markt- und Wettbewerbsdruck in immer mehr Industriesparten den Zwang, die IBV-Systeme auch einzusetzen. Sayed Soliman, Geschäftsführer der MaxxVision GmbH in Stuttgart, konstatiert: „Noch vertraut der Anwender bis zu 90 % auf die etablierte und ihm bekannte analoge Technik. Der Wandel ist freilich nicht mehr umkehrbar. Doch noch sind die mutigen Anwender in der Minderzahl, die neue innovative Wege gehen, also Richtung CameraLink, FireWire, USB und last but not least GigaEthernet.“ Wobei niemand heute schon vorhersagen kann, welche Schnittstellen obsiegen werden. „Wir halten es für unwichtig und favorisieren deshalb keine Schnittstelle“, resümiert Soliman.

Anbieter wie MaxxVision versuchen einfach eine möglichst große Bandbreite abzudecken, um je nach Kunden- und Systemanforderung punktgenaue Komponentenkombinationen schaffen zu können. Da sind zum einen auf Rechnerseite PCI-, PCI-X- und PCI-Express-Slots für Framegrabber-Karten mit analoger und digitaler Übertragungstechnik. Bei der Kamera-Rechnerverbindung bieten Komponentenanbieter CameraLink, Firewire (IEEE 1394) Version a und b, und nicht zuletzt USB 2.0.

Neu hinzugekommen ist die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle mit derzeit 1 GBit/s und geplanten 10 GBit/s Datenrate. Die Gigabit-Ethernet-Übertragung zwischen Kamera und Rechner bietet sich nicht nur wegen der möglichen großen Kabellänge an. Vorteile sind auch eine galvanische Trennung oder verfügbares Zubehör wie Hubs und Switches. Hinsichtlich der Übertragungsbandbreite ist es derzeit freilich noch kein größerer Fortschritt. Der steht mit der 10-Gigabit-Technik in Aussicht. IEEE1394a mit rund 40 MByte/s, IEEE1394b mit mehr als 80 MByte/s, USB2.0 mit 30 MByte/s oder der CameraLink mit über 600 MByte/s Nettodatenrate sind ebenso interessante alternative digitale Schnittstellen zwischen Kamera und Rechner.

Hinzu kommt ein Teilaspekt, der in vielen Diskussionen vernachlässigt wird: das Tempo, in dem die Datenraten bei den Anwendungen steigen. Digitale Datenübertragung erfordert leistungsfähige Schnittstellen, die die Mengen an Informationen durchzuschleusen imstande ist. Liefert eine VGA-auflösende Kamera mit 25 Bildern/s bei 8 Bit Quantisierung noch eine Datenrate von 7,68 MByte/Sekunde so liegt diese bei einer UXGA-Auflösung mit 15fps und 10 Bit (= 2 Byte) schon bei 57,6 MByte/s. Zeilenkameras setzen mit teilweise über 100 MByte/s die Messlatte noch höher. Müssen diese Datenraten in Echtzeit verarbeitet werden, so ergeben sich dann im Mittel pro Bildpunkt nur noch 10ns Rechenzeit. Das sprengt bei intelligenten Algorithmen die Grenzen eines jeden Rechners – neue Konzepte sind gefordert. Die Architekten der Vision Box haben dies frühzeitig gesehen und eine Hardwareschnittstelle für Multirechneranwendungen entwickelt. Mehrere Rechner können mit bis zu 150 MByte/s untereinander Daten austauschen und zu Multirechnersystemen zusammengeschlossen werden.

Die Vision-Box-Serie DSPC6000 verfügt über eine für die Bildverarbeitung optimierte Architektur. Das heißt sie kommt als echter Embedded-Rechner ohne PC-typischen Ballast wie Lüfter und Festplatten aus. Kernstück der einschaltfertigen 8000 MIPS starken Blackbox ist ein digitaler, mit 1 GHz getakteter Signalprozessor (DSP) der C64xx-Klasse von Texas Instruments, der die Algorithmen in einer Geschwindigkeit berechnet, die einer 3-GHz-Pentium-CPU gleichkommt. Dieser DSP ist ein in C- oder C++ programmierbarer Prozessor.

Mit der integrierten Entwicklungsumgebung von Texas Instruments ist jeder Bildverarbeitungsentwickler nach einem halben Tag in der Lage, Programme für die Vision Box zu entwickeln. Um den Prozessor herum sind zahlreiche Hardware- / Firmware und Softwarekomponenten angeordnet, die dem Bildverarbeiter das Arbeiten erleichtern. Jede Schnittstelle nach aussen wird über C-Funktionen komfortabel angesprochen. Beispielprogramme sorgen für einen schnellen Entwicklungsstart. Das Gigabit-Ethernet-Protokol wird über einen autarken Netzwerkrechner zur Verfügung gestellt und belastet den Bildverarbeitungsprozessor nicht. Kameraschnittstellen wie IEEE1394, CameraLink oder Gigabit-Ethernet geben dem Anwender freie Wahl unter zahlreichen Kameras. Auf der Ausgangsseite ist der Zugang zu feldbusgesteuerten Fertigungsmaschinen ähnlich flexibel. Unterstützt werden Profibus, Profinet, CANopen uvm. Als Verbindung ins Intranet dient das 1-Gigabit-Ethernet-Interface zur schnellen Übertragung von Bildern und Daten. Der ethernetbasierte Industriebus liegt bei der Maschinenkopplung im Trend. Via Intranet sollen relevante Bilder aus der laufenden Fertigung an beliebigen Orten visualisierbar sein. Außerdem ist per Ethernet mit TCP/IP-Protokoll die Anlagenbedienung gewünscht. Die Vision-Box-Lösung mit MaxxVision-Kameras berücksichtigt diese Anforderungen aufgrund der Schnittstellenvielfalt. Auf Ethernetseite werden TCP/IP, ein Webserver sowie ein FTP-Server unterstützt.

Soviel Datendurchfluss spornt die Fantasie an. Wenn Industrial Ethernet die Fabrikhallen erobert, liegt die Idee von der Datendurchgängigkeit von der Feldebene bis ins Büro nahe. Sayed Soliman ist Realist: „Soweit sind wir noch nicht. Eins nach dem andern. Erst einmal müssen sich die neuesten Entwicklungen in der breiten Praxis bewähren. Dazu bedarf es mutiger Entscheider, die an Trends glauben.“

MaxxVision, Stuttgart

VISION Halle 4 Stand 504

QE 525

www.

Das Embedded Vision System VISION BOX von MaxxVision ist eine Art Joker für Bildverarbeitungsapplikationen. Der Rechner mit kaskadierbarer DSP-Power, Echtzeit-Multirechner-Interface und reichlichem Schnittstellenrepertoire entbehrt PC-typischer störanfälliger Bauteile wie Lüfter, Kühler und Festplatten und ist platzsparend. Alle wichtigen Funktionen sind in einem einzigen Chip, dem Digital Signal Prozessor, realisiert – sind also auf neudeutsch embedded. DSPs sind von Hause aus sowieso ideale Halbleiter, um Bildverarbeitungsalgorithmen zu verarbeiten. Das Herzstück der Vision Box ist ein Texas-Instruments-Prozessor mit 512 MB SDRAM und einer Leistung von 8.000 MIPS. Woraus minimierter Entwicklungsaufwand und geringe Lifecycle-Kosten resultieren. Der Embedded-Rechner von MaxxVision unterstützt sowohl analoge wie auch digitale Kameras per IEEE1394, CameraLink und Giga-Ethernet sowie Multiprozessorsysteme. Weiterreichen lassen sich die Echtzeitdaten dann über alle marktgängigen Feldbusse wie zum Beispiel Profibus, Profinet und CANopen.

CameraLink:

FireWire:

USB:

GigaBit-Ethernet: